الضغوط والخواص الميكانيكية المسموح بها للمواد. الضغط المسموح به كيفية حساب الضغط المسموح به
الجدول 2.4
الشكل 2.22
الشكل 2.18
الشكل 2.17
أرز. 2.15
بالنسبة لاختبارات الشد ، يتم استخدام آلات الشد ، مما يجعل من الممكن تسجيل رسم تخطيطي في الإحداثيات "الحمل - الاستطالة المطلقة" أثناء الاختبار. تعتمد طبيعة مخطط الشد على خصائص المادة التي يتم اختبارها وعلى معدل الإجهاد. يظهر الشكل النموذجي لمثل هذا الرسم التخطيطي للصلب الطري تحت تطبيق الحمل الثابت. 2.16.
ضع في اعتبارك الأقسام والنقاط المميزة لهذا المخطط ، بالإضافة إلى المراحل المقابلة لتشوه العينة:
OA - قانون هوك ساري المفعول ؛
AB - ظهرت تشوهات متبقية (بلاستيكية) ؛
BC - زيادة التشوهات البلاستيكية ؛
SD هي نقطة العائد (يحدث نمو الإجهاد عند حمل ثابت) ؛
DK - منطقة التصلب (تكتسب المادة مرة أخرى القدرة على زيادة المقاومة لمزيد من التشوه وتدرك أن القوة تزداد إلى حد معين) ؛
النقطة K - تم إيقاف الاختبار وتفريغ العينة ؛
KN - خط التفريغ ؛
NKL - خط إعادة تحميل العينة (KL - قسم التصلب) ؛
LM هو قسم انخفاض الحمل ، في هذه اللحظة يظهر العنق المزعوم على العينة - تضييق موضعي ؛
النقطة M - استراحة العينة ؛
بعد التمزق ، يكون للعينة الشكل الموضح في الشكل 2.17 تقريبًا. يمكن طي الشظايا ويمكن قياس الطول بعد الاختبار ℓ 1 وقطر العنق د 1.
نتيجة معالجة مخطط الشد وقياسات العينة ، نحصل على عدد من الخصائص الميكانيكية التي يمكن تقسيمها إلى مجموعتين - خصائص القوة وخصائص اللدونة.
خصائص القوة
حد التناسب:
أكبر إجهاد يصلح لقانون هوك.
قوة الغلة:
أصغر إجهاد يحدث عنده تشوه العينة بقوة شد ثابتة.
قوة الشد (قوة الشد):
لوحظ أعلى جهد أثناء الاختبار.
التوتر عند الكسر:
إن إجهاد التمزق الذي يتم تحديده بهذه الطريقة مشروط للغاية ولا يمكن استخدامه كخاصية للخصائص الميكانيكية للصلب. الاصطلاح هو أنه تم الحصول عليها بقسمة القوة في لحظة التمزق على مساحة المقطع العرضي الأولية للعينة ، وليس بمساحتها الفعلية عند التمزق ، وهي أقل بكثير من المنطقة الأولية بسبب التكوين من العنق.
خصائص اللدونة
تذكر أن اللدونة هي قدرة المادة على التشوه دون أن تنكسر. خصائص اللدونة هي تشوه ، لذلك يتم تحديدها وفقًا لبيانات قياس العينة بعد التدمير:
∆ℓ os \ u003d ℓ 1 - ℓ 0 - استطالة متبقية ،
هي منطقة العنق.
الاستطالة النسبية بعد التمزق:
. (2.25)
لا تعتمد هذه الخاصية على المادة فحسب ، بل تعتمد أيضًا على نسبة أبعاد العينة. هذا هو السبب في أن العينات القياسية لها نسبة ثابتة ℓ 0 = 5d 0 أو ℓ 0 = 10d 0 وتعطى قيمة δ دائمًا بمؤشر - δ 5 أو δ 10 ، و δ 5> δ 10.
الانكماش النسبي بعد الكسر:
. (2.26)
عمل محدد للتشوه:
حيث A هو العمل الذي تم إنفاقه على تدمير العينة ؛ تم العثور على المنطقة التي يحدها مخطط التمدد ومحور الإحداثي (منطقة الشكل OABCDKLMR). يميز عمل التشوه المحدد قدرة المادة على مقاومة تأثير الحمل.
من بين جميع الخصائص الميكانيكية التي تم الحصول عليها أثناء الاختبار ، فإن خصائص القوة الرئيسية هي مقاومة الخضوع σ t والقوة النهائية σ pch ، وخصائص اللدونة الرئيسية هي الاستطالة النسبية δ والتضيق النسبي ψ بعد التمزق.
التفريغ وإعادة التحميل
عند وصف مخطط الشد ، أشير إلى أنه عند النقطة K توقف الاختبار وتم تفريغ العينة. تم وصف عملية التفريغ بواسطة الخط المستقيم KN (الشكل 2.16) ، بالتوازي مع القسم المستقيم OA من الرسم التخطيطي. هذا يعني أن استطالة العينة ∆ℓ ′ P ، التي تم الحصول عليها قبل بدء التفريغ ، لا تختفي تمامًا. يتم تمثيل الجزء المفقود من الاستطالة في الرسم التخطيطي بواسطة المقطع NQ ، ويتم تمثيل الجزء المتبقي بواسطة المقطع ON. لذلك ، فإن الاستطالة الكلية للعينة التي تتجاوز الحد المرن تتكون من جزأين - مرن وبقايا (بلاستيك):
∆ℓ ′ P = ∆ℓ ′ أعلى + ∆ℓ ′ نظام التشغيل.
سيستمر هذا حتى تنكسر العينة. بعد التمزق ، يختفي المكون المرن للاستطالة الكلية (الجزء ∆ℓ yn). يتم تمثيل الاستطالة المتبقية بواسطة المقطع OS. ومع ذلك ، إذا توقف التحميل وتم تفريغ العينة داخل قسم OB ، فسيتم تصوير عملية التفريغ بخط يتزامن مع خط التحميل - يكون التشوه مرنًا تمامًا.
عند التحميل المتكرر للعينة بطول ℓ 0 + ∆ℓ ′ os ، يتزامن خط التحميل عمليًا مع خط التفريغ NK. زاد حد التناسب وأصبح مساوياً للجهد الذي تم من خلاله إجراء التفريغ. علاوة على ذلك ، تحول الخط المستقيم NK إلى منحنى KL بدون هضبة العائد. تم قطع جزء الرسم البياني الموجود على يسار خط NK ، أي انتقل أصل الإحداثيات إلى النقطة N. ونتيجة لذلك ، ونتيجة للتمدد إلى ما بعد نقطة العائد ، فقد غيّرت العينة خصائصها الميكانيكية:
واحد). زاد حد التناسب ؛
2). منصة السيولة اختفت ؛
3). تناقص الاستطالة النسبية بعد التمزق.
يسمى هذا التغيير في الخصائص عمل شاق.
يزيد التصلب من خصائص المرونة ويقلل من الليونة. في بعض الحالات (على سبيل المثال ، أثناء المعالجة الآلية) ، يكون التصلب غير مرغوب فيه ويتم التخلص منه عن طريق المعالجة الحرارية. في حالات أخرى ، يتم إنشاؤه بشكل مصطنع لتحسين مرونة الأجزاء أو الهياكل (المعالجة باستخدام زنبركات أو سحب كابلات لآلات الرفع).
مخططات الإجهاد
للحصول على رسم بياني يصف الخصائص الميكانيكية للمادة ، يتم إعادة بناء مخطط الشد الأساسي في إحداثيات P - في إحداثيات σ -. نظرًا لأن الإحداثيات σ \ u003d P / F و abscissas σ \ u003d ∆ℓ / ℓ يتم الحصول عليها بالقسمة على الثوابت ، فإن الرسم التخطيطي له نفس الشكل الأصلي (الشكل 2.18 ، أ).
من الرسم البياني σ - ε يتضح ذلك
هؤلاء. معامل المرونة العادية يساوي ظل زاوية ميل المقطع المستقيم من الرسم التخطيطي إلى محور الإحداثيات.
من الملائم تحديد ما يسمى بقوة الخضوع الشرطية من مخطط الإجهاد. الحقيقة هي أن معظم المواد الإنشائية ليس لها نقطة عائد - فالخط المستقيم يتحول بسلاسة إلى منحنى. في هذه الحالة ، يتم أخذ الضغط الذي تساوي عنده الاستطالة النسبية الدائمة 0.2٪ كقيمة لقوة الخضوع (شرطية). على التين. يوضح الشكل 2.18 ، ب كيف يتم تحديد قيمة قوة الخضوع المشروطة σ 0.2. غالبًا ما يتم استدعاء مقاومة الخضوع σ t ، التي يتم تحديدها في وجود منصة إنتاجية بدني.
القسم التنازلي من الرسم البياني شرطي ، لأن مساحة المقطع العرضي الفعلية للعينة بعد تشكيل العنق أقل بكثير من المنطقة الأولية ، والتي وفقًا لها يتم تحديد إحداثيات الرسم التخطيطي. يمكنك الحصول على الضغط الحقيقي إذا كان مقدار القوة في كل مرة P t مقسومًا على مساحة المقطع العرضي الفعلية في نفس الوقت F t:
على التين. 2.18 ، أ ، تتوافق هذه الفولتية مع الخط المتقطع. حتى القوة المطلقة ، يتطابق S و عمليًا. في لحظة التمزق ، يتجاوز الضغط الحقيقي بشكل كبير كلاً من قوة الشد σ pch وحتى أكثر من الإجهاد في لحظة التمزق σ r. نعبر عن منطقة الرقبة من F 1 إلى ψ ونوجد S p.
Þ Þ 
.
لصلب الدكتايل ψ = 50-65٪. إذا أخذنا ψ = 50٪ = 0.5 ، فسنحصل على S p = 2σ p ، أي يكون الضغط الحقيقي أكبر في لحظة التمزق ، وهو أمر منطقي تمامًا.
2.6.2. اختبار ضغط المواد المختلفة
يوفر اختبار الضغط معلومات أقل عن خصائص المادة من اختبار الشد. ومع ذلك ، فمن الضروري للغاية تحديد الخصائص الميكانيكية للمادة. يتم إجراؤها على عينات على شكل أسطوانات ، لا يزيد ارتفاعها عن 1.5 أقطار ، أو على عينات على شكل مكعبات.
ضع في اعتبارك مخططات الضغط للصلب والحديد الزهر. من أجل الوضوح ، سنقوم بتصويرها في شكل واحد مع مخططات الشد لهذه المواد (الشكل 2.19). في الربع الأول - مخططات التوتر ، وفي الربع الثالث - ضغط.
في بداية التحميل ، يكون مخطط ضغط الفولاذ عبارة عن خط مستقيم مائل له نفس المنحدر كما هو الحال في التوتر. ثم يمر الرسم البياني إلى منطقة العائد (لا تكون هضبة العائد واضحة كما في التوتر). علاوة على ذلك ، ينحني المنحنى قليلاً ولا ينكسر ، لأن لم يتم إتلاف عينة الفولاذ ، ولكن تم تسطيحها فقط. معامل مرونة الفولاذ E في الضغط والتوتر هو نفسه. قوة الخضوع σ t + = σ t - هي نفسها أيضًا. لا يمكن الحصول على مقاومة الانضغاط ، تمامًا كما يستحيل الحصول على خصائص اللدونة.
تتشابه مخططات الشد والضغط للحديد الزهر في الشكل: فهي تنحني من البداية وتنقطع عند الوصول إلى الحد الأقصى للحمل. ومع ذلك ، فإن الحديد الزهر يعمل بشكل أفضل في الضغط منه في التوتر (σ قطعة - = 5 σ قطعة +). قوة الشد σpch هي الخاصية الميكانيكية الوحيدة للحديد الزهر التي يتم الحصول عليها أثناء اختبار الضغط.
يكون للاحتكاك الذي يحدث أثناء الاختبار بين ألواح الآلة ونهايات العينة تأثير كبير على نتائج الاختبار وعلى طبيعة التدمير. تأخذ عينة أسطوانية من الصلب شكل برميل (الشكل 2.20 ، أ) ، تظهر شقوق في مكعب الحديد الزهر بزاوية 45 0 في اتجاه الحمل. إذا تم استبعاد تأثير الاحتكاك عن طريق تلطيخ أطراف العينة بالبارافين ، فستظهر شقوق في اتجاه الحمل وستكون أكبر قوة أقل (الشكل 2.20 ، ب ، ج). معظم المواد الهشة (الخرسانة والحجر) تنهار تحت الضغط بنفس طريقة الحديد الزهر ولها نمط ضغط مماثل.
من المهم اختبار الخشب - متباين الخواص ، أي لها قوة مختلفة اعتمادًا على اتجاه القوة بالنسبة لاتجاه الألياف ، المادة. كما أن المواد البلاستيكية المقواة بالزجاج المستخدمة على نطاق واسع هي أيضًا متباينة الخواص. عند ضغطه على طول الألياف ، يكون الخشب أقوى بكثير منه عند ضغطه عبر الألياف (المنحنيات 1 و 2 في الشكل 2.21). المنحنى 1 يشبه منحنيات الضغط للمواد الهشة. يحدث التدمير بسبب إزاحة جزء من المكعب بالنسبة للآخر (الشكل 2.20 ، د). عند ضغطه عبر الألياف ، لا ينهار الخشب ، بل يتم ضغطه (الشكل 2.20 ، هـ).
عند اختبار عينة من الفولاذ في حالة التوتر ، وجدنا تغيرًا في الخواص الميكانيكية نتيجة الرسم إلى ظهور تشوهات متبقية ملحوظة - تصلب. دعونا نرى كيف تتصرف العينة بعد تصلبها أثناء اختبار الضغط. يوضح الشكل 2.19 الرسم البياني كخط منقط. يستمر الضغط على طول منحنى NC 2 L 2 ، والذي يقع فوق مخطط ضغط العينة غير الخاضع للتصلب OC 1 L 1 ، ويكون موازيًا تقريبًا لهذا الأخير. بعد التصلب بالتوتر ، تنخفض حدود التناسب والسيولة تحت الضغط. تسمى هذه الظاهرة بتأثير باوشينجر ، على اسم العالم الذي وصفها لأول مرة.
2.6.3. تحديد الصلابة
الاختبار الميكانيكي والتكنولوجي الشائع هو تحديد الصلابة. هذا بسبب سرعة وبساطة هذه الاختبارات وقيمة المعلومات التي تم الحصول عليها: الصلابة تميز حالة سطح الجزء قبل وبعد المعالجة التكنولوجية (التصلب ، النيترة ، إلخ) ، يمكن استخدامها للحكم بشكل غير مباشر حجم قوة الشد.
صلابة ماديةتسمى القدرة على مقاومة الاختراق الميكانيكي لجسم آخر أكثر صلابة فيه. تسمى القيم التي تميز الصلابة بأرقام الصلابة. يتم تحديدها بطرق مختلفة ، فهي مختلفة في الحجم والأبعاد وتكون دائمًا مصحوبة بإشارة إلى طريقة تحديدها.
الطريقة الأكثر شيوعًا هي وفقًا لبرينل. يتكون الاختبار من الضغط على كرة فولاذية صلبة بقطر D في العينة (الشكل 2.22 ، أ). يتم الاحتفاظ بالكرة تحت الحمل P لبعض الوقت ، ونتيجة لذلك تبقى بصمة (ثقب) بقطر d على السطح. نسبة الحمل بالكيلو نيوتن إلى مساحة سطح البصمة في سم 2 تسمى رقم صلابة برينل
. (2.30)
لتحديد رقم صلابة برينل ، يتم استخدام أجهزة اختبار خاصة ، ويتم قياس قطر المسافة البادئة باستخدام مجهر محمول. عادة لا يتم حساب HB وفقًا للصيغة (2.30) ، ولكن يتم العثور عليها من الجداول.
باستخدام رقم الصلابة HB ، يمكن الحصول على قيمة تقريبية لمقاومة الشد لبعض المعادن دون إتلاف العينة ، حيث هناك علاقة خطية بين σ st و HB: σ st = k ∙ HB (للصلب الطري k = 0.36 ، للصلب عالي القوة k = 0.33 ، للحديد الزهر k = 0.15 ، لسبائك الألومنيوم k = 0.38 ، للتيتانيوم السبائك ك = 0.3).
طريقة مريحة للغاية وواسعة الانتشار لتحديد الصلابة بحسب روكويل. تستخدم هذه الطريقة مخروطًا من الماس 120 درجة بنصف قطر 0.2 مم أو كرة فولاذية قطرها 1/16 بوصة (1.5875 مم) حيث يتم ضغط المسافة البادئة في العينة. يتم الاختبار وفقًا للمخطط الموضح في الشكل. 2.22 ب. أولاً ، يتم الضغط على المخروط مع التحميل المسبق P 0 = 100 H ، والذي لا يتم إزالته حتى نهاية الاختبار. مع هذا الحمل ، يغرق المخروط إلى عمق h 0. ثم يتم تطبيق الحمل الكامل P = P 0 + P 1 على المخروط (خياران: A - P 1 = 500 H و C - P 1 = 1400 H) ، بينما يزداد عمق المسافة البادئة. بعد إزالة الحمل الرئيسي ، يبقى P 1 هو العمق h 1. عمق البصمة الناتج عن الحمل الرئيسي P 1 ، يساوي h \ u003d h 1 - h 0 ، يميز صلابة Rockwell. يتم تحديد رقم الصلابة بواسطة الصيغة
, (2.31)
حيث 0.002 هي قيمة تقسيم المقياس لمؤشر اختبار الصلابة.
هناك طرق أخرى لتحديد الصلابة (وفقًا لفيكرز ، وفقًا لـ Shore ، الصلادة الدقيقة) ، والتي لم يتم أخذها في الاعتبار هنا.
الجهد المطلقضع في اعتبارك الضغط الذي تحدث عنده حالة خطيرة في المادة (تدمير أو تشوه خطير).
ل بلاستيكالمواد ، يعتبر الضغط النهائي قوة الخضوع ،لان لا تختفي التشوهات البلاستيكية الناتجة بعد إزالة الحمولة:
ل قابل للكسرالمواد التي لا يوجد بها تشوهات بلاستيكية ، ويحدث الكسر وفقًا للنوع الهش (لا تتشكل أعناق) ، يتم أخذ الضغط النهائي قوة الشد:
ل البلاستيك هشالمواد ، يعتبر الضغط المحدد بمثابة الضغط المقابل للتشوه الأقصى بنسبة 0.2٪ (مائة.2):
الجهد المسموح به- أقصى جهد يجب أن تعمل به المادة بشكل طبيعي.
يتم الحصول على الضغوط المسموح بها وفقًا للضغوط المحددة ، مع مراعاة هامش الأمان:
حيث [σ] - الضغط المسموح به ؛ س- عامل الأمان؛ [ق] - عامل الأمان المسموح به.
ملحوظة.بين قوسين معقوفين ، من المعتاد تحديد القيمة المسموح بها للكمية.
عامل الأمان المسموح بهيعتمد على جودة المادة ، وظروف العمل للجزء ، والغرض من الجزء ، ودقة المعالجة والحساب ، إلخ.
يمكن أن تتراوح من 1.25 للأجزاء البسيطة إلى 12.5 للأجزاء المعقدة التي تعمل تحت أحمال متغيرة في ظروف الصدمات والاهتزازات.
ملامح سلوك المواد أثناء اختبارات الضغط:
1. المواد البلاستيكية تعمل بالتساوي تقريبًا في التوتر والضغط. الخصائص الميكانيكية في التوتر والضغط هي نفسها.
2. المواد الهشة عادة ما يكون لها قوة ضغط أكبر من مقاومة الشد: σ vr< σ вс.
إذا كان الضغط المسموح به في التوتر والضغط مختلفًا ، يتم تحديدهما [p] (التوتر) ، [σ c] (الضغط).
حسابات قوة الشد والضغط
يتم إجراء حسابات القوة وفقًا لشروط القوة - عدم المساواة ، والتي يضمن تنفيذها قوة الجزء في ظل ظروف معينة.
لضمان القوة ، يجب ألا يتجاوز إجهاد التصميم الضغط المسموح به:
الإجهاد المقدر أيعتمد على على الحمل والحجمالمقطع العرضي المسموح به فقط من مادة الجزءوظروف العمل.
هناك ثلاثة أنواع من حسابات القوة.
1. حساب التصميم - وضع مخطط التصميم والأحمال ؛ يتم تحديد المواد أو أبعاد الجزء:
تحديد أبعاد المقطع العرضي:
اختيار المواد
وفقًا لقيمة σ ، من الممكن اختيار درجة المادة.
2. تحقق من الحساب - الأحمال والمواد وأبعاد الجزء معروفة ؛ من الضروري تحقق مما إذا كانت المتانة مضمونة.
يتم التحقق من عدم المساواة
3. تحديد الحمولة(اقصى حموله):
أمثلة على حل المشكلات
يمتد شريط مستقيم بقوة 150 كيلو نيوتن (الشكل 22.6) ، المادة من الصلب σ t \ u003d 570 ميجا باسكال ، σ w \ u003d 720 ميجا باسكال ، عامل الأمان [s] \ u003d 1.5. تحديد أبعاد المقطع العرضي للحزمة.
قرار
1. حالة القوة:
2. يتم تحديد مساحة المقطع العرضي المطلوبة من خلال النسبة
3. يتم حساب الضغط المسموح به للمادة من الخصائص الميكانيكية المعطاة. يعني وجود قوة الخضوع أن المادة مطيلة.
4. حدد قيمة مساحة المقطع العرضي المطلوبة للحزمة وحدد أبعاد حالتين.
المقطع عبارة عن دائرة ، نحدد القطر.
يتم تقريب القيمة الناتجة إلى الأعلى د = 25 مم ، أ = 4.91 سم 2.
القسم - زاوية أرفف متساوية رقم 5 وفقًا لـ GOST 8509-86.
أقرب منطقة مستعرضة للزاوية هي A \ u003d 4.29 سم 2 (د \ u003d 5 مم). 4.91> 4.29 (الملحق 1).
أسئلة التحكم والمهام
1. ما هي ظاهرة تسمى السيولة؟
2. ما هي "العنق" ، في أي نقطة من مخطط التوتر تتشكل؟
3. لماذا يتم الحصول على الخصائص الميكانيكية أثناء الاختبار مشروطة؟
4. قائمة خصائص القوة.
5. قائمة بخصائص اللدونة.
6. ما هو الفرق بين مخطط التمدد المرسوم تلقائيًا ومخطط التمدد الموضح؟
7. أي من الخصائص الميكانيكية التي تم اختيارها لتكون الضغط المطلق للمواد القابلة للكسر والهشاشة؟
8. ما هو الفرق بين الضغوط القصوى والضغوط المسموح بها؟
9. اكتب حالة قوة الشد والضغط. هل تختلف ظروف القوة في حسابات الشد والضغط؟
 |
أجب على أسئلة الاختبار.
يتم حساب القوة والصلابة بطريقتين: الضغوط المسموح بها والتشوهاتو طريقة الأحمال المسموح بها.
الجهد االكهربى، حيث يتم تدمير عينة من مادة معينة أو عند حدوث تشوهات بلاستيكية كبيرة ، يتم استدعاء هامش. تعتمد هذه الضغوط على خصائص المادة ونوع التشوه.
يسمى الجهد الذي تنظم قيمته بالمواصفات الفنية مباح.
الجهد المسموح به- هذا هو أعلى إجهاد يتم فيه ضمان القوة والصلابة والمتانة المطلوبة لعنصر هيكلي في ظل الظروف المحددة لتشغيله.
الضغط المسموح به هو جزء من إجهاد الحد:
أين هو المعيار عامل الأمان، رقم يوضح عدد المرات التي يكون فيها الضغط المسموح به أقل من الحد.
للمواد البلاستيكيةيتم اختيار الضغط المسموح به بحيث ، في ظل أي أخطاء في الحساب أو ظروف تشغيل غير متوقعة ، لا تحدث تشوهات متبقية في المادة ، أي (مقاومة الخضوع):
أين - عامل الأمان فيما يتعلق .
بالنسبة للمواد الهشة ، يتم تعيين الضغوط المسموح بها من حالة عدم انهيار المادة ، أي (القوة النهائية):
أين - عامل الأمان فيما يتعلق.
في الهندسة الميكانيكية (تحت التحميل الساكن) تؤخذ عوامل الأمان: للمواد البلاستيكية =1,4 – 1,8 ؛ للهشاشة =2,5 – 3,0 .
حساب القوة للضغوط المسموح بهايعتمد على حقيقة أن أعلى ضغط تصميم في القسم الخطير من هيكل القضيب لا يتجاوز القيمة المسموح بها (أقل من - لا تزيد عن 10٪ ،أكثر - لا يزيد عن 5٪):
تصنيف الصلابةيتم تنفيذ هيكل القضيب على أساس التحقق من حالة صلابة الشد:
قيمة التشويه المطلق المسموح به [∆l]مخصصة بشكل منفصل لكل تصميم.
طريقة التحميل المسموح بهاهو أن القوى الداخلية الناشئة في أخطر قسم من الهيكل أثناء التشغيل يجب ألا تتجاوز قيم الحمل المسموح بها:
, (2.23)
أين يتم الحصول على حمل الكسر نتيجة الحسابات أو التجارب ، مع مراعاة خبرة التصنيع والتشغيل ؛
- عامل الأمان.
فيما يلي ، سوف نستخدم طريقة الضغوط والسلالات المسموح بها.
2.6. حسابات التحقق والتصميم
للقوة والصلابة
تجعل حالة القوة (2.21) من الممكن إجراء ثلاثة أنواع من الحسابات:
– تَحَقّق- وفقًا للأبعاد والمواد المعروفة لعنصر القضيب (يتم إعطاء مساحة المقطع العرضي لكنو [σ] ) للتحقق مما إذا كان قادرًا على تحمل الحمل المحدد ( ن):
; (2.24)
– التصميم- بالأحمال المعروفة ( ن- معطى) ومادة العنصر أي حسب المعلوم [σ], حدد أبعاد المقطع العرضي المطلوبة لضمان التشغيل الآمن:
– تحديد الحمولة الخارجية المسموح بها- حسب الابعاد المعروفة ( لكن- معطى) ومادة العنصر الهيكلي أي حسب المعلوم [σ], ابحث عن الحمل الخارجي المسموح به:
تصنيف الصلابةيتم تنفيذ هيكل القضيب على أساس التحقق من حالة الصلابة (2.22) والصيغة (2.10) في حالة التوتر:
. (2.27)
قيمة التشوه المطلق المسموح به [∆ ل] يتم تعيينه بشكل منفصل لكل بناء.
على غرار حسابات حالة القوة ، تتضمن حالة الصلابة أيضًا ثلاثة أنواع من الحسابات:
– اختبار الصلابةعنصر هيكلي معين ، أي التحقق من استيفاء الشرط (2.22) ؛
– حساب العارضة المصممة، أي اختيار المقطع العرضي لها:
– الإعداد الصحيمن شريط معين ، أي تحديد الحمولة المسموح بها:
. (2.29)
تحليل القوةيحتوي أي تصميم على الخطوات الرئيسية التالية:
1. تحديد جميع القوى الخارجية وقوى رد الفعل للدعم.
2. إنشاء الرسوم البيانية (الرسوم البيانية) لعوامل القوة التي تعمل في مقاطع عرضية على طول القضيب.
3. بناء الرسوم البيانية (epures) للضغوط على طول محور الهيكل ، وإيجاد الحد الأقصى من الإجهاد. فحص ظروف القوة في الأماكن ذات قيم الضغط القصوى.
4. إنشاء رسم بياني (epure) لتشوه هيكل القضيب ، وإيجاد الحد الأقصى للتشوه. فحص حالات الصلابة في الأقسام.
مثال 2.1. للقضيب الفولاذي الموضح في أرز. 9 أ، تحديد القوة الطولية في جميع المقاطع العرضية نوالتوتر σ . حدد أيضًا الإزاحة الرأسية δ لجميع المقاطع العرضية للشريط. إظهار النتائج بيانيا عن طريق التآمر ن ، σو δ . معروف: F 1 \ u003d 10 كيلو نيوتن ؛ F 2 = 40 كيلو نيوتن ؛ أ 1 \ u003d 1 سم 2 ؛ أ 2 \ u003d 2 سم 2 ؛ ل 1 \ u003d 2 م ؛ ل 2 \ u003d 1 م.
قرار.لتحديد نباستخدام طريقة ROSE ، اقطع القضيب عقليًا إلى أقسام أنا − أناو II II. من حالة توازن جزء القضيب الموجود أسفل المقطع أنا − أنا (الشكل 9. ب)نحن نحصل 
(تمتد). من حالة توازن القضيب أسفل القسم II-II (الشكل 9 ج)نحن نحصل
من اين (ضغط). بعد اختيار المقياس ، نقوم ببناء مخطط للقوى الطولية ( أرز. 9 جرام). في هذه الحالة ، تعتبر قوة الشد موجبة وقوة الضغط سالبة.
الضغوط متساوية: في أقسام الجزء السفلي من القضيب ( أرز. 9 ب)
(تمتد) ؛
في أقسام الجزء العلوي من القضيب
(ضغط).
على المقياس المحدد ، نرسم مخطط الإجهاد ( أرز. 9 د).
لبناء رسم بياني δ تحديد إزاحة الأقسام المميزة ب ، بو إس ، إس(قسم متحرك أ − أيساوي صفر).
المقطع العرضي ب ، بسوف تتحرك لأعلى مع انكماش القمة:
يعتبر إزاحة القسم الناجم عن التوتر موجبًا ناتجًا عن الضغط - سلبيًا.
تحريك قسم إس ، إسهو المجموع الجبري لحالات الإزاحة ب ، ب (δ ت) واستطالة جزء من القضيب بطول L1:
على مقياس معين ، نضع القيم جانباً ونوصل النقاط التي تم الحصول عليها بخطوط مستقيمة ، لأنه تحت تأثير القوى الخارجية المركزة ، تعتمد عمليات الإزاحة خطيًا على إحداثيات مقاطع القضيب ، ونحصل على رسم بياني (epure ) من النزوح ( أرز. 9 هـ). يتضح من الرسم التخطيطي أن بعض الأقسام د – دلا يتحرك. الاقسام الموجودة فوق القسم د – دتحرك لأعلى (يتم ضغط القضيب) ؛ يتم تحريك المقاطع الموجودة أدناه لأسفل (الشريط ممتد).
أسئلة لضبط النفس
1. كيف يتم حساب قيم القوة الطولية في المقاطع العرضية للشريط؟
2. ما هو مخطط القوى الطولية وكيف يتم بناؤه؟
3. كيف يتم توزيع الضغوط العادية في المقاطع العرضية لقضيب مشدود مركزيًا (مضغوط) وما هي مساوية له؟
4. كيف يتم رسم رسم تخطيطي لضغوط الشد العادية (الانضغاطية)؟
5. ما يسمى التشوه الطولي المطلق والنسبي؟ أبعادها؟
6. ما يسمى تصلب المقطع العرضي في التوتر (الضغط)؟
8. كيف تتم صياغة قانون هوك؟
9. التشوهات العرضية المطلقة والنسبية للقضيب. نسبة بواسون.
10. ما يسمى الجهد المسموح به؟ كيف يتم اختيارها للمواد المطيلة والهشة؟
11. ما يسمى عامل الأمان وعلى ما هي العوامل الرئيسية التي تعتمد قيمتها؟
12. ما هي الخصائص الميكانيكية لقوة ودونة المواد الإنشائية.
الضغوط المسموح بها
| اسم المعلمة | المعنى |
| موضوع المقال: | الضغوط المسموح بها |
| قواعد التقييم (فئة مواضيعية) | الرياضيات |
الجدول 2.4
الشكل 2.22
الشكل 2.18
الشكل 2.17
أرز. 2.15
بالنسبة لاختبارات الشد ، يتم استخدام آلات الشد ، مما يجعل من الممكن تسجيل رسم تخطيطي في إحداثيات "الحمل - الاستطالة المطلقة" أثناء الاختبار. تعتمد طبيعة مخطط الشد على خصائص المادة التي يتم اختبارها وعلى معدل الإجهاد. يظهر الشكل النموذجي لمثل هذا الرسم التخطيطي للصلب الطري تحت تطبيق الحمل الثابت. 2.16.
ضع في اعتبارك الأقسام والنقاط المميزة لهذا المخطط ، بالإضافة إلى المراحل المقابلة لتشوه العينة:
OA - قانون هوك ساري المفعول ؛
AB - ظهرت تشوهات متبقية (بلاستيكية) ؛
BC - زيادة التشوهات البلاستيكية ؛
SD هي نقطة العائد (يحدث نمو الإجهاد عند حمل ثابت) ؛
DK - منطقة التصلب (تكتسب المادة مرة أخرى القدرة على زيادة المقاومة لمزيد من التشوه وتدرك أن القوة تزداد إلى حد معين) ؛
النقطة K - تم إيقاف الاختبار وتفريغ العينة ؛
KN - خط التفريغ ؛
NKL - خط إعادة تحميل العينة (KL - قسم التصلب) ؛
LM هو قسم انخفاض الحمل ، في الوقت الحالي يظهر ما يسمى بالرقبة على العينة - تضييق موضعي ؛
النقطة M - استراحة العينة ؛
بعد التمزق ، يكون للعينة الشكل الموضح في الشكل 2.17 تقريبًا. يمكن طي الشظايا ويمكن قياس الطول بعد الاختبار ℓ 1 وقطر العنق د 1.
نتيجة معالجة مخطط الشد وقياسات العينة ، نحصل على عدد من الخصائص الميكانيكية التي يمكن تقسيمها إلى مجموعتين - خصائص القوة وخصائص اللدونة.
خصائص القوة
حد التناسب:
أكبر إجهاد يصلح لقانون هوك.
قوة الغلة:
أصغر إجهاد يحدث عنده تشوه العينة بقوة شد ثابتة.
قوة الشد (قوة الشد):
لوحظ أعلى جهد أثناء الاختبار.
التوتر عند الكسر:
الإجهاد عند الكسر المحدد بهذه الطريقة تعسفي للغاية ولا ينبغي استخدامه كخاصية للخصائص الميكانيكية للصلب. تكمن المشروطية في حقيقة أنه تم الحصول عليها عن طريق قسمة القوة في لحظة التمزق على مساحة المقطع العرضي الأولية للعينة ، وليس من خلال مساحتها الفعلية عند التمزق ، وهي أقل بكثير من المنطقة الأولية. واحد بسبب تكوين العنق.
خصائص اللدونة
تذكر أن اللدونة هي قدرة المادة على التشوه دون أن تنكسر. خصائص اللدونة هي تشوه ، لذلك يتم تحديدها وفقًا لبيانات قياس العينة بعد التدمير:
∆ℓ os \ u003d ℓ 1 - ℓ 0 - استطالة متبقية ،
هي منطقة العنق.
الاستطالة النسبية بعد التمزق:
. (2.25)
لا تعتمد هذه الخاصية على المادة فحسب ، بل تعتمد أيضًا على نسبة أبعاد العينة. فيما يتعلق بهذا ، فإن العينات القياسية لها نسبة ثابتة ℓ 0 = 5d 0 أو ℓ 0 = 10d 0 وقيمة δ تُعطى دائمًا بمؤشر - δ 5 أو δ 10 ، و δ 5> 10.
الانكماش النسبي بعد الكسر:
. (2.26)
عمل محدد للتشوه:
حيث A هو العمل الذي تم إنفاقه على تدمير العينة ؛ تم العثور على المنطقة التي يحدها مخطط التمدد ومحور الإحداثي (منطقة الشكل OABCDKLMR). يميز عمل التشوه المحدد قدرة المادة على مقاومة تأثير الحمل.
من بين جميع الخصائص الميكانيكية التي تم الحصول عليها أثناء الاختبار ، فإن خصائص القوة الرئيسية هي مقاومة الخضوع σ t وقوة الشد σ pch ، وخصائص اللدونة الرئيسية هي الاستطالة النسبية δ والتضيق النسبي ψ بعد التمزق.
التفريغ وإعادة التحميل
عند وصف مخطط الشد ، أشير إلى أنه عند النقطة K توقف الاختبار وتم تفريغ العينة. تم وصف عملية التفريغ بخط مستقيم KN (الشكل 2.16) ، بالتوازي مع القسم المستقيم OA من الرسم التخطيطي. هذا يعني أن استطالة العينة ∆ℓ ′ P ، التي تم الحصول عليها قبل بدء التفريغ ، لا تختفي تمامًا. يتم تمثيل الجزء المفقود من الاستطالة في الرسم التخطيطي بواسطة المقطع NQ ، الجزء المتبقي - بواسطة المقطع ON. لذلك ، فإن الاستطالة الكلية للعينة التي تتجاوز الحد المرن تتكون من جزأين - مرن وبقايا (بلاستيك):
∆ℓ ′ P = ∆ℓ ′ أعلى + ∆ℓ ′ نظام التشغيل.
سيستمر هذا حتى تنكسر العينة. بعد التمزق ، يختفي المكون المرن للاستطالة الكلية (الجزء ∆ℓ yn). يتم تمثيل الاستطالة المتبقية بواسطة المقطع ∆ℓ os. ومع ذلك ، إذا توقف التحميل وتم تفريغ العينة داخل قسم OB ، فسيتم تصوير عملية التفريغ بخط يتزامن مع خط التحميل - يكون التشوه مرنًا تمامًا.
عند التحميل المتكرر للعينة بطول ℓ 0 + ∆ℓ ′ os ، يتزامن خط التحميل عمليًا مع خط التفريغ NK. زاد حد التناسب وأصبح مساوياً للجهد الذي تم من خلاله إجراء التفريغ. علاوة على ذلك ، تحول الخط المستقيم NK إلى منحنى KL بدون هضبة العائد. تم قطع جزء الرسم البياني الموجود على يسار خط NK ، ᴛ.ᴇ. انتقل أصل الإحداثيات إلى النقطة N. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ ، نتيجة للرسم إلى ما بعد نقطة العائد ، غيرت العينة خصائصها الميكانيكية:
واحد). زاد حد التناسب ؛
2). منصة السيولة اختفت ؛
3). تناقص الاستطالة النسبية بعد التمزق.
يسمى هذا التغيير في الخصائص عمل شاق.
يزيد التصلب من خصائص المرونة ويقلل من الليونة. في بعض الحالات (على سبيل المثال ، أثناء المعالجة الميكانيكية) ، تكون ظاهرة التصلب غير مرغوب فيها ويتم القضاء عليها بالمعالجة الحرارية. في حالات أخرى ، يتم إنشاؤه بشكل مصطنع لتحسين مرونة الأجزاء أو الهياكل (المعالجة باستخدام زنبركات أو سحب كابلات لآلات الرفع).
مخططات الإجهاد
للحصول على رسم بياني يصف الخصائص الميكانيكية للمادة ، يتم إعادة بناء مخطط الشد الأساسي في إحداثيات P - في إحداثيات σ -. نظرًا لأن الإحداثيات σ \ u003d P / F و abscissas σ \ u003d ∆ℓ / ℓ يتم الحصول عليها بالقسمة على الثوابت ، فإن الرسم التخطيطي له نفس الشكل الأصلي (الشكل 2.18 ، أ).
من الرسم البياني σ - ε يتضح ذلك
ᴛ.ᴇ. معامل المرونة العادية يساوي ظل زاوية ميل المقطع المستقيم من الرسم التخطيطي إلى محور الإحداثيات.
من الملائم تحديد ما يسمى بقوة الخضوع الشرطية من مخطط الإجهاد. الحقيقة هي أن معظم المواد الإنشائية ليس لها نقطة عائد - فالخط المستقيم يتحول بسلاسة إلى منحنى. في هذه الحالة ، يتم أخذ الضغط الذي يكون عنده الاستطالة النسبية المتبقية 0.2٪ كقيمة لمقاومة الخضوع (شرطية). على التين. يوضح الشكل 2.18 ، ب كيف يتم تحديد قيمة قوة الخضوع المشروطة σ 0.2. غالبًا ما يتم استدعاء مقاومة الخضوع σ t ، التي يتم تحديدها في وجود منصة إنتاجية بدني.
القسم التنازلي من الرسم البياني شرطي ، لأن مساحة المقطع العرضي الفعلية للعينة بعد تشكيل العنق أقل بكثير من المنطقة الأولية ، والتي وفقًا لها يتم تحديد إحداثيات الرسم التخطيطي. يمكنك الحصول على الضغط الحقيقي إذا كان مقدار القوة في كل مرة P t مقسومًا على مساحة المقطع العرضي الفعلية في نفس الوقت F t:
على التين. 2.18 ، أ ، تتوافق هذه الفولتية مع الخط المتقطع. حتى القوة المطلقة ، يتطابق S و عمليًا. في لحظة التمزق ، يتجاوز الضغط الحقيقي بشكل كبير كلاً من قوة الشد σ pch وحتى أكثر من الإجهاد في لحظة التمزق σ r. نعبر عن منطقة الرقبة من F 1 إلى ψ ونوجد S p.
Þ Þ 
.
لصلب الدكتايل ψ = 50-65٪. إذا أخذنا ψ = 50٪ = 0.5 ، فسنحصل على S р = 2σ р، ᴛ.ᴇ. يكون الضغط الحقيقي أكبر في لحظة التمزق ، وهو أمر منطقي تمامًا.
2.6.2. اختبار ضغط المواد المختلفة
يوفر اختبار الضغط معلومات أقل عن خصائص المادة من اختبار الشد. ومع ذلك ، من المهم للغاية تحديد الخصائص الميكانيكية للمادة. يتم إجراؤها على عينات على شكل أسطوانات ، لا يزيد ارتفاعها عن 1.5 أقطار ، أو على عينات على شكل مكعبات.
ضع في اعتبارك مخططات الضغط للصلب والحديد الزهر. تجدر الإشارة إلى أنه من أجل الوضوح ، سنقوم بتصويرها في شكل واحد مع مخططات الشد لهذه المواد (الشكل 2.19). في الربع الأول - مخططات التوتر ، وفي الربع الثالث - ضغط.
في بداية التحميل ، يكون مخطط ضغط الفولاذ عبارة عن خط مستقيم مائل له نفس المنحدر كما هو الحال في التوتر. ثم يمر الرسم البياني إلى منطقة العائد (لا تكون هضبة العائد واضحة كما في التوتر). علاوة على ذلك ، ينحني المنحنى قليلاً ولا ينكسر ، لأن لم يتم إتلاف عينة الفولاذ ، ولكن تم تسطيحها فقط. معامل مرونة الفولاذ E في الضغط والتوتر هو نفسه. قوة الخضوع σ t + = σ t - هي نفسها أيضًا. لا يمكن الحصول على مقاومة الانضغاط ، تمامًا كما يستحيل الحصول على خصائص اللدونة.
تتشابه مخططات الشد والضغط للحديد الزهر في الشكل: فهي تنحني من البداية وتنقطع عند الوصول إلى الحد الأقصى للحمل. في الوقت نفسه ، يعمل الحديد الزهر بشكل أفضل في الضغط منه في التوتر (σ قطعة - = 5 σ قطعة +). قوة الشد σ pch - هي الخاصية الميكانيكية الوحيدة للحديد الزهر التي يتم الحصول عليها أثناء اختبار الضغط.
يكون للاحتكاك الذي يحدث أثناء الاختبار بين ألواح الآلة ونهايات العينة تأثير كبير على نتائج الاختبار وعلى طبيعة التدمير. تأخذ عينة أسطوانية من الصلب شكل برميل (الشكل 2.20 ، أ) ، تظهر شقوق في مكعب الحديد الزهر بزاوية 45 0 في اتجاه الحمل. إذا تم استبعاد تأثير الاحتكاك عن طريق تشحيم أطراف العينة بالبارافين ، فستظهر شقوق في اتجاه الحمل وستكون أكبر قوة أقل (الشكل 2.20 ، ب ، ج). معظم المواد الهشة (الخرسانة والحجر) تنهار تحت الضغط بشكل مشابه لحديد الزهر ولها نمط ضغط مماثل.
من المهم اختبار الخشب - متباين الخواص ، ᴛ.ᴇ. لها قوة مختلفة بناءً على اتجاه القوة بالنسبة لاتجاه الألياف ، المادة. متباين الخواص هي أيضا الألياف الزجاجية المستخدمة على نطاق واسع. عند ضغطه على طول الألياف ، يكون الخشب أقوى بكثير منه عند ضغطه عبر الألياف (المنحنيات 1 و 2 في الشكل 2.21). المنحنى 1 يشبه منحنيات الضغط للمواد الهشة. يحدث التدمير بسبب إزاحة جزء من المكعب بالنسبة للآخر (الشكل 2.20 ، د). عند ضغطه عبر الألياف ، لا ينهار الخشب ، بل يتم ضغطه (الشكل 2.20 ، هـ).
عند اختبار عينة من الفولاذ في حالة التوتر ، وجدنا تغيرًا في الخواص الميكانيكية نتيجة الرسم إلى ظهور تشوهات متبقية ملحوظة - تصلب. دعونا نرى كيف تتصرف العينة بعد تصلبها أثناء اختبار الضغط. يوضح الشكل 2.19 الرسم البياني كخط منقط. يستمر الضغط على طول منحنى NC 2 L 2 ، والذي يقع فوق مخطط ضغط العينة غير الخاضع للتصلب OC 1 L 1 ، ويكون موازيًا تقريبًا لهذا الأخير. بعد التصلب بالتوتر ، تنخفض حدود التناسب والسيولة تحت الضغط. تسمى هذه الظاهرة بتأثير Bauschinger على اسم العالم الذي وصفها لأول مرة.
2.6.3. تحديد الصلابة
الاختبار الميكانيكي والتكنولوجي الشائع هو تحديد الصلابة. هذا بسبب سرعة وبساطة هذه الاختبارات وقيمة المعلومات التي تم الحصول عليها: الصلابة تميز حالة سطح الجزء قبل وبعد المعالجة التكنولوجية (التصلب ، النيترة ، إلخ) ، يمكن استخدامها للحكم بشكل غير مباشر حجم قوة الشد.
صلابة ماديةمن المعتاد استدعاء القدرة على مقاومة الاختراق الميكانيكي لجسم آخر أكثر صلابة فيه. تسمى القيم التي تميز الصلابة بأرقام الصلابة. يتم تحديدها بطرق مختلفة ، فهي مختلفة في الحجم والأبعاد وتكون دائمًا مصحوبة بإشارة إلى طريقة تحديدها.
الطريقة الأكثر شيوعًا هي حسب Brinnel. يتكون الاختبار بشكل أساسي من حقيقة أن كرة فولاذية صلبة بقطر D مضغوطة في العينة (الشكل 2.22 ، أ). يتم الاحتفاظ بالكرة لبعض الوقت تحت الحمل P ، مما يؤدي إلى بقاء بصمة (ثقب) بقطر d على السطح. نسبة الحمل بالكيلو نيوتن إلى مساحة سطح البصمة في سم 2 تسمى عادة رقم صلابة برينل
. (2.30)
لتحديد رقم صلابة برينل ، يتم استخدام أجهزة اختبار خاصة ، ويتم قياس قطر البصمة باستخدام مجهر محمول. عادة لا يتم حساب HB وفقًا للصيغة (2.30) ، ولكن يتم العثور عليها من الجداول.
باستخدام رقم الصلابة HB ، يمكن الحصول على قيمة تقريبية لمقاومة الشد لبعض المعادن دون إتلاف العينة ، حيث هناك علاقة خطية بين σ pc و HB: σ pc \ u003d k ∙ HB (للصلب منخفض الكربون k \ u003d 0.36 ، للصلب عالي القوة k \ u003d 0.33 ، للحديد الزهر k \ u003d 0.15 ، لسبائك الألومنيوم ك \ u003d 0 .38 ، لسبائك التيتانيوم ك = 0.3).
طريقة مريحة للغاية وواسعة الانتشار لتحديد الصلابة بحسب روكويل. تستخدم هذه الطريقة مخروطًا من الماس 120 درجة بنصف قطر 0.2 مم أو كرة فولاذية قطرها 1/16 بوصة (1.5875 مم) حيث يتم ضغط المسافة البادئة في العينة. يتم الاختبار وفقًا للمخطط الموضح في الشكل. 2.22 ب. أولاً ، يتم الضغط على المخروط مع التحميل المسبق P 0 = 100 H ، والذي لا يتم إزالته حتى نهاية الاختبار. مع هذا الحمل ، يغرق المخروط إلى عمق h 0. علاوة على ذلك ، يتم تطبيق الحمل الكامل P = P 0 + P 1 على المخروط (خياران: A - P 1 = 500 H و C - P 1 = 1400 H) ، بينما يزداد عمق المسافة البادئة. بعد إزالة الحمل الرئيسي ، يبقى P 1 هو العمق h 1. عمق البصمة الناتج عن الحمل الرئيسي P 1 ، يساوي h \ u003d h 1 - h 0 ، يميز صلابة Rockwell. يتم تحديد رقم الصلابة بواسطة الصيغة
, (2.31)
حيث 0.002 هي قيمة تقسيم المقياس لمؤشر اختبار الصلابة.
هناك طرق أخرى لتحديد الصلابة (وفقًا لفيكرز ، وفقًا لـ Shore ، الصلادة الدقيقة) ، والتي لم يتم أخذها في الاعتبار هنا.
2.6.4. مقارنة خصائص مواد مختلفة
 |
جميع أنواع الفولاذ الموضحة في الشكل -40 ، St6 ، 25KhNVA ، المنغنيز - تتميز بخصائص قوة أعلى بكثير من الفولاذ منخفض الكربون St3. لا توجد منصة إنتاج للفولاذ عالي القوة ، والاستطالة النسبية عند الكسر δ أقل بكثير. لزيادة القوة ، يتعين على المرء أن يدفع مع انخفاض في الليونة. سبائك الألومنيوم والتيتانيوم ليونة جيدة. في الوقت نفسه ، تكون قوة سبائك الألومنيوم أعلى من قوة St3 ، والوزن الحجمي أقل بثلاث مرات تقريبًا. سبائك التيتانيوم لها قوة على مستوى سبائك الصلب عالية القوة مع ما يقرب من نصف الوزن الحجمي. يوضح الجدول 2.4 الخصائص الميكانيكية لبعض المواد الحديثة.
| مادة | ماركة | قوة الغلة ، σ ر | قوة الشد ، σ جهاز كمبيوتر | يتصل استطالة عند الكسر ، δ 5 | يرتبط الانكماش عند الكسر ، ψ | الوزن الحجمي γ | معامل يونغ ، إي |
| كيلو نيوتن / سم 2 | كيلو نيوتن / سم 2 | % | % | ز / سم 3 | كيلو نيوتن / سم 2 | ||
| St3 | 34-42 | 7,85 | 2 10 4 | ||||
| الفولاذ الكربوني المدلفن على الساخن | ST6 | 60-72 | 7,85 | 2 10 4 | |||
| جودة الكربون الصلب | 7,85 | 2 10 4 | |||||
| فولاذ سبائك الكروم والنيكل والتنغستن | 25ХНВА | 7,85 | 2.1 10 4 | ||||
| الفولاذ المخلوط بالسيليكون والكروم والمنغنيز | 35HGSA | 7,85 | 2.1 10 4 | ||||
| الحديد الزهر | SCH24-44 | - | - | - | 7,85 | 1.5 10 4 | |
| سبيكة المنيوم | D16T | - | 2,8 | 0.7 10 4 | |||
| الصوان البرونزي | BrK-3 | - | - | 7,85 | 1.1 10 4 | ||
| سبائك التيتانيوم | BT4 | - | 4,5 | ||||
| الألياف الزجاجية | سباحة | - | - | 1,9 | 0.4 10 4 | ||
| CFRP | كيفلار | - | - | 1,7 | 3 10 4 |
يعرض آخر سطرين من الجدول خصائص مواد البوليمر المركبة ، والتي تتميز بوزن خفيف وقوة عالية. الخصائص البارزة بشكل خاص هي المركبات القائمة على ألياف الكربون فائقة القوة - قوتها أعلى مرتين تقريبًا من قوة أفضل سبائك الصلب وترتيب من حيث الحجم أعلى من الفولاذ منخفض الكربون. Οʜᴎ الفولاذ أكثر صلابة مرة ونصف وأخف وزنًا بمقدار خمس مرات تقريبًا. يتم استخدامها ، بالطبع ، في التكنولوجيا العسكرية - صناعة الطائرات والصواريخ. في السنوات الأخيرة ، بدأ استخدامها أيضًا في المناطق المدنية - صناعة السيارات (الأجسام ، وأقراص المكابح ، وأنابيب عادم السباق والسيارات الرياضية باهظة الثمن) ، وبناء السفن (هياكل القوارب والقوارب الصغيرة) ، والأدوية (الكراسي المتحركة ، وأجزاء من الأطراف الاصطناعية ) والهندسة الميكانيكية للألعاب الرياضية (إطارات وعجلات دراجات السباق والمعدات الرياضية الأخرى). لا يزال الاستخدام الواسع لهذه المواد يعوقه ارتفاع تكلفتها وانخفاض قابليتها للتصنيع.
بتلخيص كل ما سبق حول الخصائص الميكانيكية للمواد المختلفة ، يمكننا صياغة السمات الرئيسية لخصائص المواد القابلة للكسر والهشة.
1. المواد الهشة ، على عكس المواد المطيلة ، يتم تدميرها مع التشوهات المتبقية الطفيفة.
2. تقاوم المواد البلاستيكية التمدد والضغط ، والمواد الهشة - الضغط الجيد والتمدد السيئ.
3. المواد البلاستيكية تقاوم أحمال الصدمات بشكل جيد ، والمواد الهشة - سيئة.
4. المواد الهشة حساسة للغاية لما يسمى تركيز الإجهاد(رشقات ضغوط محلية بالقرب من أماكن حدوث تغير حاد في شكل الأجزاء). يؤثر تركيز الإجهاد على قوة الأجزاء المصنوعة من مادة بلاستيكية بدرجة أقل بكثير. المزيد عن هذا أدناه.
5. المواد الهشة غير قابلة للمعالجة التكنولوجية المرتبطة بتشوه البلاستيك - الختم ، والتزوير ، والرسم ، إلخ.
يعتبر تقسيم المواد إلى مادة قابلة للكسر وهشة أمرًا مشروطًا ، لأنه في ظل ظروف معينة تكتسب المواد الهشة خصائص بلاستيكية (على سبيل المثال ، مع ضغط عالٍ من جميع النواحي) ، وعلى العكس من ذلك ، تكتسب المواد المطيلة خصائص هشة (على سبيل المثال ، الفولاذ الطري عند مستوى منخفض درجة الحرارة). لهذا السبب ، من الأصح التحدث ليس عن المواد البلاستيكية والهشة ، ولكن عن البلاستيك والكسر الهش.
كما ذكرنا سابقًا ، يجب أن تستوفي أجزاء الآلات والهياكل الأخرى شروط القوة (2.3) والصلابة (2.13). يتم تحديد قيمة الضغوط المسموح بها على أساس المادة (خصائصها الميكانيكية) ونوع التشوه وطبيعة عمل الأحمال وظروف تشغيل الهياكل وشدة العواقب التي قد تحدث في حالة التدمير :
ن - عامل الأمان ، ن> 1.
بالنسبة للأجزاء المصنوعة من مادة بلاستيكية ، تتميز الحالة الخطرة بظهور تشوهات كبيرة متبقية ، فيما يتعلق بهذا ، فإن الضغط الخطير يساوي قوة الخضوع σ op = σ t.
بالنسبة للأجزاء المصنوعة من مادة هشة ، تتميز الحالة الخطرة بظهور تشققات ، فيما يتعلق بهذا ، فإن الضغط الخطير يساوي القوة المطلقة σ op = σ pc.
يتم أخذ جميع ظروف التشغيل المذكورة أعلاه للأجزاء في الاعتبار من خلال عامل الأمان. تحت جميع الظروف ، هناك بعض العوامل العامة التي يأخذها عامل الأمان في الاعتبار:
1. عدم تجانس المواد ، وبالتالي ، انتشار الخصائص الميكانيكية.
2. عدم الدقة في تحديد قيم وطبيعة الأحمال الخارجية.
3. تقريب المخططات الحسابية وطرق الحساب.
بناءً على بيانات ممارسة طويلة في تصميم وحساب وتشغيل الآلات والهياكل ، يُفترض أن تكون قيمة عامل الأمان للصلب 1.4 - 1.6. بالنسبة للمواد الهشة تحت الحمل الساكن ، يتم أخذ هامش أمان 2.5 - 3.0. لذلك ، بالنسبة للمواد البلاستيكية:
. (2.33)
للمواد الهشة
. (2.34)
عند مقارنة خصائص المواد المطيلة والهشة ، لوحظ أن تركيز الإجهاد يؤثر على القوة. أظهرت الدراسات النظرية والتجريبية أن التوزيع المنتظم للضغوط على مساحة المقطع العرضي لقضيب مشدود (مضغوط) وفقًا للصيغة (2.2) ينتهك بالقرب من أماكن حدوث تغير حاد في شكل وحجم التقاطع. قسم - ثقوب ، شرائح ، شرائح ، إلخ.
استضافت في ref.rf
بالقرب من هذه الأماكن ، تحدث اندفاعات محلية من التوتر - تركيز الإجهاد.
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك تركيز الضغط في شريط مطاطي به ثقب صغير. يعتبر الثقب صغيرًا إذا تم استيفاء الشرط d ≤ 1 / 5b (الشكل 2.27 ، أ). في وجود التركيز ، يتم تحديد الجهد بواسطة الصيغة:
σ ماكس = α σ ∙ σ اسم. (2.35)
حيث α هو عامل تركيز الضغط الذي تحدده طرق نظرية المرونة أو تجريبياً على النماذج ؛
σ nom - الفولطية المقدرة ، ᴛ.ᴇ. الإجهاد المحسوب لهذا الجزء في حالة عدم وجود تركيز الإجهاد.
بالنسبة للحالة قيد النظر (α σ = 3 و nom = N / F) ، هذه المشكلة هي ، بمعنى ما ، المشكلة الكلاسيكية لتركيز الإجهاد وتسمى عادة مشكلة كيرش بعد العالم الذي حلها في النهاية من القرن التاسع عشر.
ضع في اعتبارك كيف سيتصرف الشريط الذي يحتوي على الفتحة مع زيادة الحمل. في مادة بلاستيكية ، سيصبح الضغط الأقصى عند الفتحة مساويًا لمقاومة الخضوع (الشكل 2.27 ، ب). يتحلل تركيز الإجهاد دائمًا بسرعة كبيرة ، فيما يتعلق بهذا ، حتى على مسافة صغيرة من الحفرة ، يكون الضغط أقل بكثير. دعنا نزيد الحمل (الشكل 2.27 ، ج): الجهد عند الفتحة لا يزيد ، لأن مادة بلاستيكية لها نقطة إنتاج ممتدة إلى حد ما ؛ بالفعل على مسافة ما من الحفرة ، يصبح الضغط مساويًا لنقطة العائد.
الضغوط المسموح بها - المفهوم والأنواع. تصنيف ومميزات فئة "الضغوطات الجائزة" 2017 ، 2018.
الفولتية المسموح بها. حالة القوة.
إن قوة الشد وقوة الخضوع ، المحددة تجريبياً ، هي قيم متوسطة ، أي لها انحرافات لأعلى أو لأسفل ، لذلك ، لا تتم مقارنة الضغوط القصوى في حسابات القوة مع قوة الخضوع والقوة ، ولكن مع ضغوط أقل قليلاً ، والتي تسمى الضغوط المسموح بها.
المواد البلاستيكية تعمل بشكل جيد في التوتر والضغط. الضغط الخطير بالنسبة لهم هو نقطة العائد.
يتم الإشارة إلى الضغط المسموح به بواسطة [σ]:
أين ن هو عامل الأمان ؛ ن> 1. المعادن الهشة تعمل بشكل أسوأ في التوتر وأفضل في الضغط. لذلك ، فإن الضغط الخطير بالنسبة لهم هو مقاومة الشد σvr. يتم تحديد الضغوط المسموح بها للمواد الهشة من خلال الصيغ: حيث n هو عامل الأمان ؛ ن> 1. المعادن الهشة تعمل بشكل أسوأ في التوتر وأفضل في الضغط. لذلك ، فإن الضغط الخطير بالنسبة لهم هو قوة الشد σvr. يتم تحديد الضغوط المسموح بها للمواد الهشة من خلال الصيغ:
أين ن هو عامل الأمان ؛ ن> 1.
تعمل المعادن الهشة بشكل أسوأ في حالة التوتر وأفضل في الضغط. لذلك ، فإن الضغط الخطير بالنسبة لهم هو قوة الشد σvr.
يتم تحديد الضغوط المسموح بها للمواد الهشة من خلال الصيغ:
σvr - قوة الشد القصوى ؛
σvs - قوة الضغط.
nр، nс - عوامل الأمان للقوة المطلقة.
حالة القوة في التوتر المحوري (الضغط) للمواد البلاستيكية:
شروط القوة في التوتر المحوري (الضغط) للمواد الهشة:
Nmax - القوة الطولية القصوى المحددة من الرسم التخطيطي ؛ أ هي منطقة المقطع العرضي للحزمة.
هناك ثلاثة أنواع من مشاكل تحليل القوة:
أنا نوع المهام - حساب التحقق أو اختبار التحمل. يتم إنتاجه عندما تكون أبعاد الهيكل معروفة ومخصصة بالفعل ويكون من الضروري فقط إجراء اختبار القوة. في هذه الحالة ، يتم استخدام المعادلات (4.11) أو (4.12).
النوع الثاني من المهام - حساب التصميم. يتم إنتاجه عندما يكون الهيكل في مرحلة التصميم ويجب تخصيص بعض الأبعاد المميزة مباشرة من حالة القوة.
للمواد البلاستيكية:
للمواد الهشة:
حيث A هي مساحة المقطع العرضي للحزمة. من القيمتين اللتين تم الحصول عليهما للمنطقة ، نختار الأكبر.
ثالثًا نوع المهام - تحديد الحمل المسموح به [N]:
للمواد البلاستيكية:
للمواد الهشة:
من قيمتي الحمل المسموح به ، نختار الحد الأدنى.